CN111970897A - 一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，属于散热器技术领域，包括阻断片、散热基板、集成混合热沉腔、岛型肋杆、门孔，所述岛型肋杆设置在所述散热基板上，所述阻断片设置在所述集成混合热沉腔内。本发明突破了当前系统集成轻量化应用构架下存在的高热耗大热流密度难题，也规避了前述问题导致的制造实现度差、超高流动压损等一系列工程化瓶颈，采用具有一定粘性和高热容比的冷却介质强力冲击岛型肋杆，产生多线性干涉体紊流，强化了传热传质能力；并大幅绕离压缩传统加工制作，简化制作工序，同时剔除多层设计降低制作成本，在热流密集空间包络下，很好地化解了强流动阻力致使阻断层滋生这一传统散热器的通用技术限制。

Description

一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器

技术领域

本发明涉及散热器技术领域，具体涉及一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器。

背景技术

现今电子装备集成已趋向于“两头”式构架格局，即“一头”是装备整机系统扩大化，“一头”是深层组件器件细小化，这一点在目前军用电子武器系统装备上尤为突出，其核心工程代表为电子雷达系统。由于功率基板各型各类的热源器件所加载的功能愈发增多，且其处理模块密度越来越集中，使之造就单体积包络范畴内的热流密度急剧增高，电子装备系统的全局热耗值加大；与之同时，基于其紧凑结构包络和超低重量的强约束下传热导冷路径对应剧减、剩留换热通道空间狭小。上述限制因素终将导致设备器件核心局部温升过大，任务失效率大幅增高(每上升10摄氏度，失效率增幅百分之五十)

在现有的众多电子系统装备当中，绝大部分的功率器件工程化散热器都是通过散热器内盒中横排或竖排一定量一定高度的肋翅片简易规制而成，这类设计方式的加工制作一般可直接数控机床粗放镗铣制，或者在内盒底部满焊住已单独加工好的薄合金片。

以上设计归总而言主要存在以下几项过程问题：其一，热源模块核心区域热流密度增大，迫使必须追寻更加宽扩的换热面积拓展，肋翅片增多、变窄、加高，这是最直接粗放的解决策略，但其负效应明显：会极大增添工艺制造难度，加大高精类铣镗成本。其二，正是鉴于上述内腔肋翅片紧密的结构形态，导致冷却介质流经肋片间隙，易在片缘端滋生多许边界流动阻断层，使之界面流阻系数剧急增高，交织成俗称的“高压损死流”区，直接压窄散热器强化换热通路，无法有效力助上一级冷却总成研制。上述问题亟待解决，为此，提出一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决，提供了一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，本发明在深度挖掘以往常规散热器中制作工艺复杂、机械结构融合度差的根本缘由，很好地绕离了现有强化换热肋翅片，X轴方向太长、Y轴方向太小、Z轴方向太高，且“高压损死流”现象显著的困难处境。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括阻断片、散热基板、集成混合热沉腔、岛型肋杆、门孔，所述岛型肋杆设置在所述散热基板上，所述阻断片设置在所述集成混合热沉腔内，与所述岛型肋杆的位置对应，所述门孔设置在所述阻断片上，所述门孔的形状与数量均与所述岛型肋杆的形状与数量相对应，所述门孔上设置有用于产生紊流的旁孔。

更进一步地，所述旁孔的数量为多个，多个所述旁孔对称开设在所述门孔的两侧，同一侧两个相邻所述门孔之间的间距相同。

更进一步地，所述岛型肋杆的数量为多个，呈矩形阵列分布在所述散热基板上。

更进一步地，所述阻断片的个数与所述岛型肋杆的列数相同，各所述阻断片与各所述岛型肋杆正对设置。

更进一步地，所述岛型肋杆为圆柱体结构，所述门孔为矩形，所述门孔的宽度与所述岛型肋杆的外径相同，在贴合后所述集成混合热沉腔内仅存在所述旁孔与所述岛型肋杆之间形成的导流通道。

更进一步地，所述阻断片的长度与所述集成混合热沉腔的内腔宽度相同，宽度与所述集成混合热沉腔的内腔深度相同。

更进一步地，所述散热器还包括多个插槽隔胫，所述插槽隔胫平行设置在所述集成混合热沉腔底部，与所述阻断片的数量相同。

更进一步地，所述插槽隔胫上设置有插槽口，所述阻断片通过所述插槽口与所述插槽隔胫连接。

更进一步地，所述散热器还包括两个供回口配装接头，两个所述供回口配装接头沿冷流介质流动方向分别设置在所述集成混合热沉腔的外部两侧。

更进一步地，两个所述供回口配装接头间隔平行设置。

更进一步地，热源器件与所述散热基板连接。

本发明相比现有技术具有以下优点：该半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，突破了当前系统集成轻量化应用构架下存在的高热耗大热流密度难题，也规避了前述问题导致的制造实现度差、超高流动压损等一系列工程化瓶颈，采用具有一定粘性和高热容比的冷却介质强力冲击岛型肋杆，产生多线性干涉体紊流，强化了传热传质能力；并大幅绕离压缩传统加工制作，简化制作工序，同时剔除多层设计降低制作成本，在热流密集空间包络下，很好地化解了强流动阻力致使阻断层滋生这一传统散热器的通用技术限制，值得被推广使用。

附图说明

图1是本发明实施例二中散热器的整体结构示意图；

图2是本发明实施例二中散热基板的结构示意图；

图3是本发明实施例二中散热基板的局部视图；

图4是本发明实施例二中阻断片的结构示意图；

图5是本发明实施例二中阻断片的局部视图；

图6是本发明实施例二中两个供回口配装接头的位置示意图；

图7是本发明实施例二中两个供回口配装接头的局部视图；

图8a是本发明实施例二中散热器沿冷流介质运动方向的爆炸示意图；

图8b是图8a的A-A处剖视图；

图9a是本发明实施例二中散热器垂直于冷流介质运动方向的爆炸示意图；

图9b是图9a的B-B处剖视图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

本实施例提供一种技术方案：一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，包括阻断片、散热基板、集成混合热沉腔、岛型肋杆、门孔，所述岛型肋杆设置在所述散热基板上，所述阻断片设置在所述集成混合热沉腔内，与所述岛型肋杆的位置对应(上下对齐)，所述门孔设置在所述阻断片上，所述门孔的形状与数量均与所述岛型肋杆相对应，所述门孔上设置有用于产生紊流的旁孔。

所述旁孔的数量为多个，多个所述旁孔对称开设在所述门孔的两侧，同一侧两个相邻所述门孔之间的间距相同。

所述岛型肋杆的数量为多个，呈矩形阵列分布在所述散热基板上。

所述阻断片的个数与所述岛型肋杆的列数相同，各所述阻断片与各所述岛型肋杆正对设置。

所述岛型肋杆为圆柱体结构，所述门孔为矩形，所述门孔的宽度与所述岛型肋杆的外径相同，在贴合后所述集成混合热沉腔内仅剩余所述旁孔与所述岛型肋杆之间形成的导流通道。

所述阻断片的长度与所述集成混合热沉腔的内腔宽度相同，宽度与所述集成混合热沉腔的内腔深度相同。

所述散热器还包括多个插槽隔胫，所述插槽隔胫平行设置在所述集成混合热沉腔底部，与所述阻断片的数量相同。

所述插槽隔胫上设置有插槽口，所述阻断片通过所述插槽口与所述插槽隔胫连接。

所述散热器还包括两个供回口配装接头，两个所述供回口配装接头沿冷流介质流动方向分别设置在所述集成混合热沉腔的外部两侧。

两个所述供回口配装接头间隔平行设置。

热源器件与所述散热基板连接。

实施例二

如图1～9所示，本实施例提供一种技术方案：一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，包括散热基板1，岛型肋杆2，肋杆方槽3，阻断片4，片式门旁孔5，集成混合热沉腔6，插槽隔胫7，供回口配装接头8，热源器件9。

散热基板1上端区域贴装热源器件9，散热基板1下端呈矩形阵列顺序生长多许岛型肋杆2，每列岛型肋杆2之间预留一定大小的肋杆方槽3，采用加长版铣镗刀具加工岛型肋杆2及肋杆方槽3。集成混合热沉腔6承载冷流体强化换热，顺沿冷流介质贴腔流动的方向，对称错叉斜侧直角分布两个供回口配装接头8，设置在集成混合热沉腔6的外部，两个供回口配装接头8之间留置一定的直线距离E(设置直线距离E能够确保冷流介质充分完全通过整个集成混合热沉腔，如果不设置供回口一定的直线距离E，就有可能出现，热沉腔内有部分腔的冷流介质处于“不流动”状态，达不到强化换热的效果)，另一方面，集成混合热沉腔6底板内表面浅表层生长排列着一条条规定高度的插槽隔胫7，插槽隔胫7的数量与岛型肋杆2的列数相同，并位于各列岛型肋杆2的正下方。阻断片4插植矗立于插槽隔胫7的向上插槽口中，位于肋杆方槽3下端，以插槽隔胫7的槽口端面为基准，保持几何中心平齐。阻断片4与肋杆方槽3两线边紧贴相切，沿伸插槽口长度方向呈现出片式门旁孔5，且阻断片4的长度与集成混合热沉腔6的Y轴宽度相同。阻断片4上利用铣制精密切割出一阵列对应上方岛型肋杆2的兼具微通道特征-结构门孔，该门孔左右两侧开设有多个半圆形态的片式门旁孔5，且相近两个片式门旁孔5的间距须预留一定尺寸差L。

在安装时，首先把阻断片4与集成混合热沉腔6标准配装，再将散热基板1居齐中心线盖合，最终采取熔焊-电子束焊接合成散热器完整部件。

该散热器的设计重点在于内侧的多个并排设置的阻断片4，该阻断片4在热控冷却机理中起着干涉热流介质在局部空间包络内产生涡旋紊流增强传热因子的效力，其基础结构形态以上方的岛型肋杆2为基准体，采取半包围式径向紧贴切割设计，在岛型肋杆2下端延伸方向冲铣出适定间距、可控孔径的半圆旁孔(片式门旁孔5)，该阻断片4的整片厚度应需厚薄适中。散热器的其他构架组成还包含有散热基板1、集成混合热沉腔6、通液用冷流介质、供回口配装接头8等。其中，散热基板1的基础结构形态如下：散热基板1上端安装螺装或焊贴有热源器件9，下端底面有序呈排列丁状生长多许岛形圆柱体肋杆(岛型肋杆2)，机理上可根据热源热流密度、热耗大小、热沉集中度及相关工程应用的结构约束决定岛型肋杆2的排列组合形态和数量；集成混合热沉腔6的基础结构形态如下：腔体底部对应岛形圆柱体肋杆(岛型肋杆2)的组列方向支撑突起多列微小竖状导热嵌槽(插槽隔胫7)，内腔侧除导热嵌槽(插槽隔胫7)外，上部多许包络空腔可囤积足量的冷却介质进行充分热沉交互，外腔横壁两侧开孔有2个通径一致的进出液口，且进出液口上密封设置有供回口配装接头8。该强化换热散热器进液段的冷却介质呈层流态流进供口配装接头8，急速通入集成混合热沉腔6中，落在集成混合热沉腔6内的冷却介质猛烈撞击到阻断片4，瞬间由全局层流态转化成多线性干涉体紊流，紊流在阻断片4较小分隔包络漩涡流动，与之同时其大部分漩涡状流体穿击出阻断片4与岛型肋杆2之间的众多小旁孔(片式门旁孔5)，有序环绕岛形圆柱体肋杆(岛型肋杆2)进行半包围式扰流及充盈传热交互，多项上下阶梯状扰流小旁孔形成了阻断片4左-右侧的损压梯度差，产生数级多向射流，同上机理，扰流传热强化换热完成后的冷却介质依次通向下一层阻断片4，直至热沉腔整腔全局同流换热成功，最终带走热源器件9产生的热量，达到散热冷却目的。

综上所述，上述实施例的半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，突破了当前系统集成轻量化应用构架下存在的高热耗大热流密度难题，也规避了前述问题导致的制造实现度差、超高流动压损等一系列工程化瓶颈，采用具有一定粘性和高热容比的冷却介质强力冲击岛型肋杆，产生多线性干涉体紊流，强化了传热传质能力；并大幅绕离压缩传统加工制作，简化制作工序，同时剔除多层设计降低制作成本，在热流密集空间包络下，很好地化解了强流动阻力致使阻断层滋生这一传统散热器的通用技术限制，值得被推广使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，其特征在于：包括阻断片、散热基板、集成混合热沉腔、岛型肋杆、门孔，所述岛型肋杆设置在所述散热基板上，所述阻断片设置在所述集成混合热沉腔内，与所述岛型肋杆的位置对应，所述门孔设置在所述阻断片上，所述门孔的形状与数量均与所述岛型肋杆的形状与数量相对应，所述门孔上设置有用于产生紊流的旁孔。

2.根据权利要求1所述的一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，其特征在于：所述旁孔的数量为多个，多个所述旁孔对称开设在所述门孔的两侧，同一侧两个相邻所述门孔之间的间距相同。

3.根据权利要求1所述的一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，其特征在于：所述岛型肋杆的数量为多个，呈矩形阵列分布在所述散热基板上。

4.根据权利要求3所述的一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，其特征在于：所述阻断片的个数与所述岛型肋杆的列数相同，各所述阻断片与各所述岛型肋杆正对设置。

5.根据权利要求1所述的一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，其特征在于：所述岛型肋杆为圆柱体结构，所述门孔为矩形，所述门孔的宽度与所述岛型肋杆的外径相同，在贴合后所述集成混合热沉腔内仅存在所述旁孔与所述岛型肋杆之间形成的导流通道。

6.根据权利要求1所述的一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，其特征在于：所述阻断片的长度与所述集成混合热沉腔的内腔宽度相同，宽度与所述集成混合热沉腔的内腔深度相同。

7.根据权利要求1所述的一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，其特征在于：所述散热器还包括多个插槽隔胫，所述插槽隔胫平行设置在所述集成混合热沉腔底部，与所述阻断片的数量相同。

8.根据权利要求7所述的一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，其特征在于：所述插槽隔胫上设置有插槽口，所述阻断片通过所述插槽口与所述插槽隔胫连接。

9.根据权利要求1所述的一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，其特征在于：所述散热器还包括两个供回口配装接头，两个所述供回口配装接头沿冷流介质流动方向分别设置在所述集成混合热沉腔的外部两侧。

10.根据权利要求9所述的一种半包围式岛型肋杆旁孔扰流强化换热散热器，其特征在于：两个所述供回口配装接头间隔平行设置。

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